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脉冲无线电超宽带(ImpulseRadioUltra-Wideband,IR-UWB)通信技术是一种新颖的无线通信技术。与通常的正弦窄带通信方式不同,IR-UWB通信系统采用具有几个GHz瞬时工作带宽的无载波极窄时域脉冲作为信息传输载体,具有很高的潜在吞吐能力,同时具有结构较简单、功耗小、成本低等优点。但是其实现技术上也遇到一些新的问题,如窄脉冲信号产生、参数控制、检测和同步等。其中,在信号接收和检测中,由于信号能量在时间域上非常集中等特点使得IR-UWB通信系统需要极为精确的定时同步,并且导致接收端结构十分复杂。
本文首先简单介绍了超宽带无线通信技术的特点和可能的应用,深入分析了目前几种主要接收方法的优点与不足。在上述分析的基础上,本文提出了一种基于边沿/门限检测(Edge/ThresholdDetection)的IR-UWB非相干接收方法。该接收方法利用了系统脉冲波形占空比低的特点,将窄脉冲检测问题转化为宽脉冲检测,降低了对本地时钟的性能要求:同时该接收方法采用单比特采样,避免了高精度的ADC速度及功率上的限制,实现结构较简单。理论分析和仿真结果表明,该接收方法对于定时抖动不敏感,同时在高斯信道环境下,其性能与相干接收方法损失不到2dB。在此基础上,本文设计实现了IR-UWB非相干演示系统。该试验系统在发送端利用基带信号直接调制SRD二极管产生的窄脉冲,极大的简化了发射机结构;在接收端利用组合电路实现脉冲延展,并利用数字电路达到了较高的单比特采样速率,提升了系统性能。目前该系统已经取得阶段性成果,稳定工作在脉冲峰值速率200Mbps上。
本文提出的边沿/门限检测接收方法以及设计实现的IR-UWB无线传输演示系统在低成本、低复杂度、低功耗及高传输速率方面具有显著特色,对于相关系统的设计也具有一定的参考价值。